Ingeniero Mecánico - repositorio.uniandes.edu.co

Universidad de los Andes

Proyecto de Grado

Entregado en cumplimiento parcial de

Los requerimientos para la concesión del título de

Ingeniero Mecánico

Entregado por

Santiago Cuervo Páez

DISEÑO Y MODELAMIENTO DE UN SILLÍN

PERSONALIZADO PARA BICICLETA DE RUTA

Asesor del Proyecto

Luis Ernesto Muñoz Camargo, PhD.

Profesor Asociado

Departamento de Ingeniería Mecánica

Facultad de Ingeniería

Bogotá D.C., Colombia

Primer Semestre de 2020

TABLA DE CONTENIDO

LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................................... 4

LISTA DE TABLAS ........................................................................................................................ 6

RESUMEN ....................................................................................................................................... 7

ABSTRACT ..................................................................................................................................... 8

CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES ..................................................................................... 9

1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 9

1.2 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 12

CAPITULO II: METODOLOGÍA ................................................................................................. 13

2.1 Identificación de la necesidad .............................................................................................. 13

2.2 Definición de problema ........................................................................................................ 13

2.3 Síntesis, concepto de diseño ................................................................................................. 14

2.3.1. Diseño del sillín ............................................................................................................ 14

2.3.2. Selección de las dimensiones del sillín ......................................................................... 16

2.3.3. Prueba resistencia de la prótesis.................................................................................... 19

2.3.4. Diseño geometría de la pelvis a simular ....................................................................... 23

2.3.5. Diseño geometría del modelo a simular ........................................................................ 24

2.3.6. Ensamble del modelo a simular .................................................................................... 26

2.3.7. Definición de materiales para el modelo....................................................................... 27

2.3.8. Geometría en el modelo ANSYS® ............................................................................... 28

2.3.9. Regiones de contacto, restricciones de movimiento y aplicación de fuerzas ............... 29

2.3.10. Enmallado ................................................................................................................... 30

2.3.11. Tipo de análisis ........................................................................................................... 31

CAPITULO III: RESULTADOS Y DISCUSIÓN ......................................................................... 32

3.1. Distribución de esfuerzos sobre el sillín ............................................................................. 32

3.2. Distribución de esfuerzos sobre la piel ............................................................................... 34

3.3. Determinación del material para el diseño del sillín ........................................................... 35

3.4. Fabricación del prototipo .................................................................................................... 37

CAPITULO IV: CONCLUSIONES .............................................................................................. 38

4.1 Conclusiones ........................................................................................................................ 38

CAPITULO V: TRABAJO FUTURO ........................................................................................... 39

5.1 Trabajo futuro ....................................................................................................................... 39

Referencias ..................................................................................................................................... 40

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fases e interacciones en el proceso de diseño ............................................................... 13

Figura 2. Sillín de referencia Spyder .............................................................................................. 15

Figura 3. Diseño paramétrico del sillín. ......................................................................................... 16

Figura 4. Espuma floral oasis. ........................................................................................................ 16

Figura 5. Plastilina para modelar .................................................................................................... 17

Figura 6. Resina de poliéster .......................................................................................................... 18

Figura 7. Molde de la prótesis de la cadera antes del secado. ........................................................ 18

Figura 8. prótesis final con resina de poliéster. .............................................................................. 19

Figura 9. Montaje realizado en la MTS .......................................................................................... 20

Figura 10. Ensamble en la MTS asegurando el contacto de los cuerpos. ...................................... 20

Figura 11. Resultados prueba MTS en frecuencias de 10-40 Hz ................................................... 22

Figura 12. Resultados prueba MTS en frecuencias de 50-80 Hz ................................................... 23

Figura 13. Pelvis escaneada por el estudiante Daniel Arévalo....................................................... 24

Figura 14. CAD final de la pelvis a simular. .................................................................................. 24

Figura 15. Capa final del musculo. ................................................................................................ 25

Figura 16. Capa final de la grasa. ................................................................................................... 26

Figura 17. Capa final de la piel. ..................................................................................................... 26

Figura 18. Ensamble final del montaje a simular. .......................................................................... 27

Figura 19. Geometría del modelo de la simulación........................................................................ 28

Figura 20. Contacto Musculo-Grasa .............................................................................................. 29

Figura 21. Contacto Grasa-Piel ...................................................................................................... 29

Figura 22. Contacto Piel-Sillín ....................................................................................................... 29

Figura 23. Restricción de desplazamiento ...................................................................................... 30

Figura 24. Aplicación de la fuerza ................................................................................................. 30

Figura 25. Soporte Fijo ................................................................................................................... 30

Figura 26. Enmallado en el Musculo ............................................................................................. 31

Figura 27. Enmallado en la Grasa .................................................................................................. 31

Figura 28. Enmallado en la Piel ..................................................................................................... 31

Figura 29. Enmallado en el Sillín ................................................................................................... 31

Figura 30. Convergencia de la fuerza. ............................................................................................ 32

Figura 31. Esfuerzos sobre el sillín ................................................................................................ 33

Figura 32. Distribución de esfuerzos sobre el sillín ....................................................................... 33

Figura 33. Deformación presentada sobre el sillín ......................................................................... 34

Figura 34. Distribución de esfuerzos sobre la Piel ......................................................................... 34

Figura 35. Relación de los materiales reciclables vs. Precio.......................................................... 35

Figura 36. Relación módulo de Young vs. capacidad de extrusión ............................................... 36

Figura 37. Vista ortogonal superior sillín CAD ............................................................................. 37

Figura 38. Vista lateral superior sillín CAD................................................................................... 37

Figura 39. Esquema para imprimir en 3D ...................................................................................... 37

Figura 40. Vista superior sillín impreso en 3D .............................................................................. 38

Figura 41. Vista lateral sillín impreso en 3D.................................................................................. 38

Diseño y caracterización de un sillín personalizado para bicicleta de ruta 6

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Parametrización ensayo dinámico. ................................................................................... 21

Tabla 2. Valores claves del ciclista a simular. ............................................................................... 25

Tabla 3. Propiedades de materiales usados. ................................................................................... 28


RESUMEN

El objetivo de este proyecto es el de diseñar y manufacturar un prototipo de alta resolución de un

sillín para una bicicleta de ruta, esto se basa en una metodología en donde posteriormente cualquier

persona pueda tener su diseño único y exclusivo del sillín, sin importar cualesquiera que sean sus

características. La primera parte del proyecto consiste en la elaboración de unas rubricas o unas

tablas en donde se tomen en cuenta los parámetros que afectan de una manera directa la creación

del sillín, como lo son el peso, tamaño de la cadera, grosor de cada pierna y ubicación de los puntos

de presión, más conocidos como las tuberosidades isquiáticas. Al tener establecidos estos

parámetros se decidió utilizar el software de Autodesk Inventor® para la realización del prototipo

base para una persona.

En la segunda parte del proyecto se busca asemejar la interacción entre el sillín y la persona para

evaluar si el sillín cumple con las expectativas de este. Para esto se tomó una pelvis previamente

escaneada por Daniel Arévalo durante su proyecto de grado y se modificó para simplificar su

geometría para así realizar un ensamble compuesto por tres capas, musculo, grasa y piel. Al obtener

el ensamble final que representa la interacción de los cuerpos se evaluó en un ambiente de

simulación estática del programa ANSYS®.

Finalmente, para completar el proyecto se implementa una última fase que es la de seleccionar el

material más adecuado para la fabricación del sillín, que cumpla con todos los resultados y detalles

que en las dos primeras fases se habían obtenido. Para esto se utilizó la biblioteca de materiales del

software CES EDU PACK®.

Palabras clave: Prototipo de alta resolución, sillín, tuberosidades isquiáticas, simulación estática.


ABSTRACT

The aim of this project is to design and manufacture a high resolution prototype of a saddle for a

road bike, this is based on a methodology where later anyone can have their unique and exclusive

design of a saddle, no matter what ever be their characteristics. The first part of the project consists

of the elaboration of some rubrics or tables where the parameters that affects directly the creation

of the saddle are taken into account, such as weight, hip size, thickness of each leg and location of

the pressure points, better known as the ischial tuberosities. Having established these parameters,

it was decided to use Autodesk Inventor® software to carry out the base prototype for one person.

In the second part of the project, the aim is to simulate the interaction between the saddle and the

person to evaluate if the saddle meets its expectations. For this, a pelvis previously scanned by

Daniel Arévalo during his degree project, was taken and it was modified to simplify its geometry

to make an assembly composed of three layers, muscle, fat, and skin. When obtaining the final

assembly representing the interaction of the bodies, it was evaluated in a static simulation

environment of the ANSYS® program.

Finally, to complete the project, a final phase is implemented, which is to select the most suitable

material for the manufacture of the saddle, which satisfied all the results and details that had been

obtained in the first two phases. For this, the material library of the CES EDU PACK® software

was used.

Keywords: High resolution prototype, saddle, ischial tuberosities, static simulation.


CAPITULO I: ASPECTOS GENERALES

1.1 INTRODUCCIÓN

El deporte del ciclismo en la última década ha aumentado su fuerza, tanto a nivel profesional como

a nivel aficionado. Por lo que se han ido generando diversos campos de estudio sobre el deporte a

gran escala. Favorablemente, en la Universidad de los Andes, existen diversos grupos de

investigación que se interesaron en este tema. Especialmente un grupo de estudiantes dirigido por

el asesor de este proyecto, Luis Muñoz. En este grupo se han realizado estudios que involucran 3

importantes áreas en el ciclismo, que son: el desempeño, la estabilidad y el confort.

En el área del desempeño se han logrado publicar distintos papers en la colección digital de ASME1.

Esta área de desempeño es de las más generales que se puede encontrar cuando se estudia este

deporte, sin embargo, es una de las más importantes ya que en esta es donde se relacionan todos

los parámetros específicos que tienen un rol importante a la hora de usar una cicla. Entre estos

artículos está el estudio de la relación de la presión en las ruedas con el costo energético que se

genera en las ciclas. Este se basaba en una prueba durante el transcurso de una ruta en la que se

evaluaba el costo energético producido por la potencia que se generaba en cada pedalazo [1]. Así

como se evaluaron los efectos de cambiar algún factor interno en la cicla, también con este grupo

de investigación se pueden encontrar pruebas de la influencia de factores externos, como lo son la

altitud en la que se practica el deporte, este se desarrolla por medio del intercambio entre la potencia

entregada o generada por el ciclista y el drag aerodinámico que se genera en distintas alturas [2].

La segunda área que tiene en estudio este grupo de investigación es la de la estabilidad, la cual es

la que tiene un objetivo mas centralizado, comparada con las otras dos. El objetivo es estudiar la

mejor respuesta de la bicicleta en términos de firmeza, esto se reduce a la máxima reducción de

vibraciones sobre el ciclista, representado en las oscilaciones que este presenta durante una ruta

[3].

Finalmente se encuentra el área del confort, quizá la última etapa de estudio debido a que es la que

comúnmente se conoce como los lujos de un producto, lo que hace una mejor distinción entre un

1 Asociación americana de ingenieros mecánicos.


producto elaborado por una marca o la otra. Razón por la cual es la menos tomada en cuenta por

grupos de investigación, sin embargo, en este grupo se empezó a relacionar los estudios previos

realizados, un ejemplo es la realización de un método experimental para evaluar la relación de la

presión de las llantas con el confort del ciclista [4]. Posteriormente, se comienza a estudiar una

relación mas directa entre el ciclista y la cicla, abriendo una nueva rama en donde el ciclista pasa

a tener una mayor relevancia en el área de estudio, como lo es el efecto de la postura del cuerpo

durante el ciclismo en el confort de la persona. En donde se evalúan parámetros físicos de la

persona para determinar las respuestas de la bicicleta [5].

A pesar de tener en cuenta el confort del ciclista, no se había llegado a la intención de diseñar o

buscar un elemento que influyera en el mismo. Es por esto por lo que empieza la necesidad de la

fabricación de productos, como lo fue el diseño y construcción de un prototipo de rueda con radios

flexibles, para seleccionar cual es el marco más adecuado de acuerdo con el tipo de ciclismo que

se va a desarrollar [6]. En donde se empieza a llegar la rama de la personalización de un elemento

según la necesidad de cada tipo de persona. Hasta llegar al estudio de un elemento en especifico

como lo es la elaboración de un elemento en especifico diseñado a medida de una persona, como

lo es un sillín [7]. Base principal para la realización de este proyecto, ya que se parte de la necesidad

de la personalización de elementos que influyan directamente en el desempeño de la cicla y el

confort de la persona.

En el proceso de fabricación de un sillín existen muchos factores que pueden influenciar en el

desempeño de este, como lo son: el peso, el material, la geometría, etc. Sin embargo, al ver esos

factores se cree que son pocos comparado a demás elementos de la bicicleta. Pero a la hora de

delimitar estos factores, se puede evidenciar que un mínimo cambio puede conllevar a un resultado

completamente distinto para cada tipo de usuario.

El sillín es uno de los tres puntos de apoyo que tiene una bicicleta, además de los pedales y el

manubrio. No obstante, este es el que mayor peso soporta de todo el ensamble, llegando a soportar

hasta el 70% del peso del ciclista. Por tal motivo es que su correcto diseño y manufactura son de

vital importancia para mejorar el rendimiento del deportista. Factores como el tamaño de la nariz

del sillín y el ancho de la base de apoyo de las tuberosidades isquiáticas son los más relevantes en


el momento del diseño del producto, por lo que las medidas de cada pierna y la distancia entre las

tuberosidades son el primer valor para tener en cuenta.

Las ventajas de tener estos valores como primer dato para el diseño del sillín es que va a permitir

una mayor comodidad del deportista, que implicaría un mejor rendimiento deportivo, ya que el

ciclista dejaría de enfocarse en buscar una posición de sentado que se le ayude a reducir una fatiga

o cansancio de esa zona del cuerpo, reduciendo así un punto para tener en cuenta durante una

competencia.

El problema que podría generar el diseño de un sillín personalizado es que al no estar estandarizado

no se puede afirmar que el resultado va a ser el más optimo, sin embargo, esto es lo que se busca

probar por medio de la elaboración de este proyecto.


1.2 OBJETIVOS

A. Objetivo general

Diseñar un modelo de simulación para la elaboración de un prototipo de un sillín para bicicleta de

ruta.

B. Objetivos específicos

• Diseñar un modelo de simulación que cumpla con todos los parámetros requeridos

para la elaboración de un sillín para bicicleta de ruta utilizando Autodesk

Inventor®.

• Simular condiciones de carga estática utilizando la herramienta ANSYS®, para la

verificación y prueba del sillín.

• Determinar por medio de la herramienta CES EDU PACK®, el material idóneo

para la elaboración del sillín.


CAPITULO II: METODOLOGÍA

Para el correcto desarrollo del proyecto se deben tener en cuenta las etapas presentes en un proceso

de diseño. De acuerdo con Nisbett y Budynas [8], este proceso comienza con la identificación de

una necesidad y la decisión de hacer algo al respecto y luego de varias iteraciones se finalice con

una presentación de los planes para satisfacer dicha necesidad. En la Figura 1 se presenta el proceso

de diseño que se debe seguir en ingeniera mecánica.

Figura 1. Fases e interacciones en el proceso de diseño [9]

2.1 Identificación de la necesidad

Debido al creciente interés que se ha generado en el deporte del ciclismo la demanda de bicicletas.

Es por esto por lo que cada día se requiere brindar al ciclista una mayor seguridad y comodidad

para su integridad física, reduciendo el peso de la bicicleta, mejorando los marcos de esta, la calidad

de los pedales y finalmente la comodidad del sillín. Por lo que el proyecto busca dar una solución

al generar un prototipo de sillín que pueda satisfacer los requerimientos de cada ciclista en

específico.

2.2 Definición de problema

El interés sobre este deporte genera que todas las piezas de la bicicleta aumenten su demanda, por

ende, se genera una creciente reinvención de estas, razón por la cual se genera la necesidad de

modificar las piezas que actualmente están en el mercado. El marco, manubrio, ejes, cadenas,

frenos, llantas, pedales, piñones y sillín entre otros elementos son los más referenciados a

personalizar, de acuerdo con la altura, peso y contextura del ciclista, sin embargo, hay unas que


influyen de una más directa con el deportista que otras piezas. Para ejemplificar, son tres las piezas

que están en contacto directo y son: el manubrio, los pedales y el sillín. Estas piezas son las que

generan problemas y traumas físicos al ciclista debido a la interacción que presentan con este.

Según un estudio médico [10], se evidencio que las partes del cuerpo en las que más traumas se

generan son en las manos, muñecas, zona abdominal, zona genital y glúteos, más específicamente

en la terminaciones de las tuberosidades isquiáticas, zona encontrada en la parte inferior trasera de

la pelvis, para más información sobre lo que influyen estas tuberosidades ir al documento guía [7];

generando hematomas y hasta torceduras o esguinces, dándole la razón a que es debido a los puntos

de apoyo en los cuales esta soportada la persona.

La solución a estos problemas físicos que se generan en el cuerpo va desde el cambio de piezas o

hasta el radical cambio total de bicicleta. Motivo por el cual se pierde dinero y tiempo en la

adaptación a un nuevo sistema.

Por lo que en este proyecto busca diseñar una metodología para diseñar una pieza personalizada

que reduzca estos traumas y problemas físicos, más específicamente en la elaboración de un sillín

a medida. Esta personalización del sillín permitirá acoplar las necesidades que cada persona

requiera, incluyendo una zona de apoyo única dependiendo de la contextura, además de una

ampliación o reducción de la nariz del sillín, nuevamente de acuerdo con lo que cada persona

necesite y un canal de alivio que reduzca la presión ejercida.

2.3 Síntesis, concepto de diseño

En esta etapa se busca demostrar el diseño preliminar del sillín, con el objetivo de ser este la base

para la adaptación de cualquier ciclista.

2.3.1. Diseño del sillín

Para determinar cómo iba ser desarrollado el sillín se tomó como referencia un producto final que

actualmente se comercializa en el mercado. Esta es la referencia Spyder, como se evidencia en la

Figura 2.


Figura 2. Sillín de referencia Spyder

Esta referencia fue tomada debido a que en la actualidad compite con las mejores versiones

profesionales, como lo son los sillines Shimano o Specialized, utilizados por una gran cantidad de

ciclistas profesionales. Esta referencia Spyder a pesar de verse incomoda, como lo dicen varias

encuestas realizadas por reconocidas revistas del ciclismo, afirman que después de ser puestas a

prueba debido a su cubierta flexible en forma de telaraña, se ajustan al deportista, absorbiendo la

energía que se produce al recibir golpes y saltos en el camino, por su maleabilidad. Estos además

están armados con una estructura de apoyo inferior incrustada a un marco resistente a impactos,

que maneja la comprensión [11]. Debido a las características que este tipo de sillín presentaba fue

que se optó por tomarlo como nuestra base, para la realización del prototipado del nuevo sillín a

medida.

Luego de tomar este producto como referencia, se establecieron las medidas del ancho y largo del

sillín como variables. Y al tomar la referencia de la Figura 2, se construyó un boceto de la idea

final del diseño. Este boceto consiste en una geometría estándar, conformada por el diseño básico

de cualquier sillín, pero personalizando y ajustando cada dimensión. La estructura base fue tomada

del sillín presentado por Daniel Arévalo [7].

Adicionalmente, se le incorporó al sillín un diseño reticular, que se define como una subdivisión

de una superficie bidimensional o tridimensional en campos o espacios más reducidos a modo de

reja [12]. Esto lo que genera estructuralmente hablando es la formación de nudos articulados,

generando que cada línea o barra independiente trabajen en un esfuerzo axial, bien sea de tensión

o de comprensión dependiendo de su ubicación. A comparación de una estructura plana la

estructura recibe tanto esfuerzos axiales, como esfuerzos cortantes y momentos flectores [13].

Dando como resultado el diseño en la Figura 3.


Figura 3. Diseño paramétrico del sillín.

2.3.2. Selección de las dimensiones del sillín

Para la realización del sillín se tomaron las medidas propias del autor de este proyecto, un hombre

de 22 años y un peso de 78 kg, con ningún problema médico asociado. Es un deportista de buen

rendimiento que tiene interés en mejorar su rendimiento en el ciclismo, por lo que es un buen sujeto

para el desarrollo del sillín. Para determinar las medidas necesarias, se optó por la generación de

un molde que tomara la contextura del cuerpo a estudiar, para luego rellenarlo de algún material

que simulara la rigidez y forma de una cadera real.

Para la realización del molde se escogió inicialmente una espuma floral oasis (ver Figura 4), que

de acuerdo con sus características era de fácil manipulación, ideal para la realización de moldes

para estructuras florales. Para la manipulación de esta espuma se debe humedecer completamente

para que su estructura porosa responda de una mejor manera y se adapte a cualquier interacción

que reciba, sin embargo, al sentarse la persona sobre esta espuma la deformación que la espuma

presentó fue mínima, dando a entender que la espuma solamente se dejaba modelar cuando la

interacción era contra un área superficial pequeña y al ser la cadera de un área mayor el producto

se convertía en una superficie rígida, motivo por el cual se descartó su utilización como molde.

Figura 4. Espuma floral oasis.


Por consiguiente, se buscó otro material que fuera de fácil manipulación para objetos con áreas

superficiales grandes. Para esto se encontró que la plastilina para modelar (ver Figura 5), si se

calienta se convierte en una masa que se puede aplicar sobre cualquier superficie y al enfriarse se

solidifica para permanecer con la forma de la superficie deseada.

Figura 5. Plastilina para modelar

Luego de obtener el molde, se buscaba un material que emulara la cadera, para se pensó en un yeso,

pero a pesar de la rigidez que este podría contribuir, por su condición frágil no soportaría las

vibraciones y fuerzas que iba a recibir, por la tanto fue una opción descartada. En este momento se

pensó en optar por una resina plástica que es de fácil adquisición en el mercado y que solo necesita

un catalizador para comenzar su reacción. Para esto se buscó en el mercado colombiano cual resina

fuera la adecuada para esta aplicación que se buscaba, se encontraron dos opciones, la resina

epoxica y la resina de poliéster. Sin embargo, al comparar las características de estas se encontró

que las resinas epoxica de gran calidad tienen una resistencia de 13.8 MPa, frente a la resina de

polyester de 0.7 MPa. Por lo que inicialmente se pensó en utilizarla, pero estas resinas de gran

calidad no son de fácil distribución en Colombia adema que esta dureza en resistencia es más

adecuada para resistencia a la tensión y flexibilidad, pero no tiene las mismas características en

compresión, mientras que la resina de polyester tiene una mayor ventaja mecánica [14], además

que la distribución en el mercado es también es de más fácil adquisición la de la resina de poliéster,

otra razón por la que la resina de poliéster es de más fácil utilización, es debido a que estas resinas

hacen reaccionar con catalizadores de tipo peróxido orgánico con pequeñas proporciones, desde

(1-2,5%) para que puedan endurecer, mientras que la resina epoxica precisan de endurecedores

(normalmente aminas) en relaciones significativamente superiores. por lo que se decidió por

utilizar la resina de poliéster. Ver Figura 6.


Figura 6. Resina de poliéster

Al obtener el molde de la cadera con la plastilina, se procedió a verter la resina junto con un

catalizador que generaría la reacción del líquido y produciría la prótesis final de la cadera de la

persona a evaluar, la relación que se debía usar de acuerdo al tamaño de la prótesis era una mezcla

de 98% resina y 2% catalizador, esta relación va según masa, según la tabla de referencia

presentada por la empresa en la cual se adquirió la resina, dando el resultado que se observa en la

Figura 7.

Figura 7. Molde de la prótesis de la cadera antes del secado.

Adicionalmente, antes de que la resina se secara se le añadió un eje para soportar la portesis, una

terminara el proceso de secado, el resultado final se expone en la Figura 8. Este eje permitiria el

acople a una maquina de ensayos MTS. La posicion del eje se debe encontrar en la mitad de la

seccion transversal de la protesis, adicionalmente se debe alinear a los puntos de apoyo que la

protesis presenta, si no se alinean estos puntos con el eje lo que se puede ocasionar es una no

linealidad del molde con la MTS generando que al momento de la aplicación de la fuerza no quede

completamente perpendicular y cause una posible fractura del eje o de la protesis.


Figura 8. prótesis final con resina de poliéster.

2.3.3. Prueba resistencia de la prótesis

Para la verificación de la prótesis, se realizó una prueba con la maquina MTS, ubicada en las

instalaciones de la Universidad de Los Andes. Esta prueba consistía en someter una carga del 65%

del peso del ciclista, en este caso 500N, para simular la interacción entre la cadera y el sillín de

referencia Spyder. Esto con el fin de evaluar cómo responde el sillín a distintos niveles de

frecuencia, emulando un recorrido de ruta.

Esta prueba no fue guiada por ninguna norma técnica, ya que, en la actualidad no existen normas

que estructuren este ensayo, sin embargo, la prueba fue apoyada y supervisada por el técnico

encargado de la maquina MTS, Juan Carlos García. El primer paso era realizar el montaje en las

galgas sujetadoras de la MTS tanto de la prótesis de la cadera como del sillín. Ver Figura 9. Como

se mencionó en la sección 2.3.2. La prótesis de la cadera previamente alineada y ajustada se fijó en

la galga superior de la máquina, que tienen una distancia máxima de apertura de 12mm, por lo que

el eje no debe superar esa medida, posteriormente se ensamblo el sillín de referencia spyder, ver

Figura 2, a la galga inferior que tiene la misma distancia máxima de apertura. Para asegurar la

linealidad de ambos elementos, se aprovechó el sistema de ajuste de posición que tiene el sillín,

logrando la ubicación adecuada para la prueba.


Figura 9. Montaje realizado en la MTS

Al tener sujetados ambos elementos, se buscada alinearlos para asegurar el contacto adecuado que

simularía la interacción de los cuerpos. Una vez alineados se desplaza la galga inferior hasta la

altura máxima permitida de la misma y posteriormente se desplaza la galga superior hasta el punto

en que ambos cuerpos estén en contacto, para de este modo realizar la carga de 500N, para lograr

el correcto desarrollo del ensayo. Ver Figura 10.

Figura 10. Ensamble en la MTS asegurando el contacto de los cuerpos.


Una vez este asegurado el contacto, se inicia la calibración del modelo el cual está regido por un

sistema de control PID, que es un mecanismo de control simultaneo por realimentación. Este

calcula la desviación o error entre un valor medido y un valor deseado. Con este controlador se

busca reducir las vibraciones que se generan las cuales producen ruido en los datos, reduciendo su

veracidad. Estas vibraciones se van controlando por medio de un aumento en el valor derivativo

del control PID. Durante el ensayo solo se debe modificar el valor derivativo ya que este se

manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error, generando que el error se mantenga

siempre en su punto mínimo, corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se

produce, evitando que el error se incremente. [15]

En el momento de aplicar la precarga sobre los elementos en contacto, el programa de la MTS

arroja unos valores predeterminados por el sistema, que van de acuerdo con el posicionamiento de

las galas y a la fuerza aplicada. Se debió buscar un valor inicial que evitara la resonancia del equipo,

debido a que solo con los valores predeterminados por el sistema no se lograba evitar esta

resonancia. Este valor se pudo corregir simplemente adecuando el sistema con un modo en que la

carga no arranca desde 0, si no que inicia con una precarga del 50% de la final, de este modo no se

tuvo que hacer ninguna calibración previa del control PID.

Luego de lograr que el sistema no presente resonancia en el punto inicial, se buscar ahora buscar

valores de control que redujeran las vibraciones en 8 distintas frecuencias, desde 10-80 Hz durante

una hora. Esto para simular cualquier tipo de ruta que un ciclista puede cruzar. Este valor se obtiene

bajo el ensayo de prueba y error hasta lograr las menores vibraciones posibles. Para este

experimento se llevó a un control derivativo de 165, obteniendo los siguientes resultados. Para la

parametrización del ensayo se utilizó la Tabla 1.

Tabla 1. Parametrización ensayo dinámico.

FRECUENCIAS

10 Hz 20 Hz 30 Hz 40 Hz 50 Hz 60 Hz 70 Hz 80 Hz

Periodo 45 s 22.5 s 14.9 s 11.25 s 9 s 7.5 s 6.43 s 5.63 s

Tiempo 450 s 450 s 450 s 450 s 450 s 450 s 450 s 450 s


Figura 11. Resultados prueba MTS en frecuencias de 10-40 Hz

Como se puede observar en la Figura 11, en las dos primeras graficas de (10 y 20)Hz, la respuesta

del sillin a bajas frecuencias se comporta como un amortiguador, generando una señal senosoidal

que implica una amplitud constante durante todo el tiempo simulado de mas o menos 20N, esto lo

que representa en la persona es un menor daño en la integridad de sus organos, debido a que el

cuerpo no rebota contra el sillin, generando 0 desplazamiento entre los cuerpos.

Sin embargo, como se evidencia en las dos ultimas tablas de la Figura 11, que representa los

resultados a (30 y 40)Hz, la respuesta del sillin no es muy estable creando picos con distintas

amplitudes durante todo el periodo, esto puede significar una interferencia durante la prueba o que

el sillin bajo esa frecuencia no es adecuado para ese tipo de ciclista. Si bien es cierto, que una

grafica de esfuerzo vs. Desplazamiento, nos daria una respuesta del porque en esas frecuencias el

resultado de la señal no es armonico, al ser un valor de desplazamiento tan pequeño, el sistema por

su rango de incertidumbre no tiene en cuenta el valor y omite esta información. Razón por la cual

el significado de estas dos graficas queda con esta dos opciones de respuesta, esperando que el

control PID establecido haya reducido la mayor cantidad de ruido, dejando como unica respuesta

que el sillín no es recomendado para este ciclista en estos rango de respuesta.

Luego se buscaron unas frecuencias mas elevadas, lo que generó que el sistema entrara en

resonancia, lo primero que se intento fue aumentar la precarga a un 60% de la final para ver si

respondia mejor. Al aumentar esta precarga el sistema dejó de estar en resonacia y se procedio con

las pruebas. Sin embargo, si el sistema hubiera seguido en resonancia a pesar del aumento de la


precarga, el siguiente paso a realizar, hubiera sido el de aumentar nuevamente el valor del control

derivatido del PID.

Figura 12. Resultados prueba MTS en frecuencias de 50-80 Hz

En la Figura 12, se presentan frecuencias más altas a las que puede llegar a estar sometido un

ciclista, como se puede detallar la oscilación de la señal en la frecuencia de 70Hz es bastante

inestable, dando a entender que a esa frecuencia el sillín tampoco logra responder de una manera

adecuada para no afectar la integridad del ciclista. Nuevamente se deja en evidencia que como el

desplazamiento es mínimo entre los cuerpos, el sistema omite ese valor, generando la misma

respuesta de las frecuencias menores, confiando en que el control PID este correctamente estimado.

Con estos resultados obtenidos al realizar la prueba, se puede afirmar que el sillín de referencia

Spyder es muy bueno para el tipo del ciclista con el cual se está realizando el ensayo debido a que

de las 8 diferentes frecuencias tomadas a prueba solo en dos casos el sillín no responde de una

manera adecuada, por lo que el sillín es un 75% compatible para este tipo de ciclista. Valor que se

busca aumentar con el diseño del prototipo hecho a medida.

2.3.4. Diseño geometría de la pelvis a simular

El primer proceso que se realizó fue el de simplificar la geometría de la pelvis escaneada por el

estudiante Daniel Arévalo evidenciada en la Figura 12,


Figura 13. Pelvis escaneada por el estudiante Daniel Arévalo.

esto con el fin de facilitar la simulación que se va a realizar posteriormente. Esta simplificación

consistió en la realización de cortes y eliminación de caras que generaban un mayor detalle en la

pelvis, el resultado final de esta simplificación no afecta la base de la pelvis, que es el objetivo

principal, como se evidencia en la Figura 13.

Figura 14. CAD final de la pelvis a simular.

Al observar la Figura 13, se puede determinar que se eliminaron detalles como los pequeños

ligamentos y orificios propios de una pelvis, que, si bien son claves para el funcionamiento articular

de, no afectarían en la simulación de elementos finitos a los cuales va a estar sometida la misma.

2.3.5. Diseño geometría del modelo a simular

Luego de tener definido el CAD de la pelvis mostrada en la Figura 13, se realizó un modelo que

representara los glúteos del ciclista, constituido por 3 capas adicionales que estarían en contacto,

estas son el musculo, la grasa y finalmente recubiertas por la piel. Estas capas fueron definidas por

unas características y propiedades mecánicas características de cada material respectivamente.


El modelo de los glúteos se completó por medio de semicírculos que estuviera en contacto entre

estas 3 capas y la pelvis. Los valores para la realización de este modelo se obtuvieron de las medidas

del ciclista, además de la utilización de un programa, EufyLife®, de una báscula inteligente que,

por medio de ondas electromagnéticas, determina los porcentajes de grasa y masa muscular. Para

este caso los valores se expresan en la Tabla 2.

Tabla 2. Valores claves del ciclista a simular.

Variable Valor

Peso 78 kg

Porcentaje de grasa 18.5 %

Porcentaje de masa muscular 45 %

Longitud de la cadera 30 cm

De acuerdo con estos porcentajes obtenidos por el programa, se realizó una capa muscular

conformada por dos semiesferas de 13 cm de diámetro cada una, con una distancia entre centros

de 14 cm, para una longitud final de 27 cm de masa muscular. Esta masa ha sido recortada por la

superposición de la pelvis presentada en la Figura 13. Para finalmente obtener la capa final del

musculo, ver Figura 14.

Figura 15. Capa final del musculo.

Al tener definida la primera capa, las dos siguientes se formaron cubriendo con una geometría

hueca de dos semiesferas la capa inmediatamente anterior, teniendo en cuenta las intersecciones

que también se presentaban con la pelvis. Para el caso de la capa de grasa se tomó nuevamente

como base el porcentaje obtenido con el programa, dando un espesor de 2 cm, como se observa en

la Figura 15.


Figura 16. Capa final de la grasa.

Finalmente, la capa exterior es la de la piel, para la cual se siguió el mismo procedimiento que la

capa de la grasa, sin embargo, para esta se le añadió un espesor que tuviera en cuenta la ropa que

el ciclista tiene. Si bien esta simplificación no es correcta, ya que dependiendo del material de la

ropa cambiaria las propiedades para simular, pero al ser un espesor tan pequeño, se puede

despreciar esa diferencia. El espesor final de la capa de piel fue de 1 cm, como se detalla en la

Figura 16.

Figura 17. Capa final de la piel.

2.3.6. Ensamble del modelo a simular

Al tener todas las piezas necesarias para el montaje, se utilizó el software Autodesk Inventor®. El

ensamble entre la pelvis y la capa del musculo se logró mediante la realización de planos que

restringieran su movimiento, para el ensamble de las siguiente dos capas se utilizó la opción de

ensamble cilíndrico, esto para asegurar la centralidad de todas las capas. Finalmente, para

ensamblar el sillín con la estructura se crearon nuevamente planos de restricción para asegurar que

el ciclista se apoyara en todo el centro del sillín y a la vez se estuviera alineado con los centroides

del ancho de la geometría del sillín. Obteniendo el montaje final expuesto en la Figura 17.


Figura 18. Ensamble final del montaje a simular.

Para el desarrollo de la simulación se utilizar en ensamble de la Figura 17 y se le aplicará una carga

axial que representará el 65% del peso del ciclista (500N).

2.3.7. Definición de materiales para el modelo

Al definir tres capas, se debía determinar las propiedades de cada una de ellas por separado, para

esto se utilizó la librería PMC, US National Library of Medicine National Institutes of Health, en

donde se asume un comportamiento linealmente elástico que depende únicamente de tres

propiedades: densidad, módulo de Young y el módulo de Poisson. Adicionalmente para las

propiedades del sillín, se utilizó el PC (Policarbonato), debido a que este es el material que

actualmente es el más comercializado para la elaboración de sillines en el mercado internacional.

Este se adquirió de la librería de materiales que posee ANSYS®. Las propiedades utilizadas para

la simulación de elementos finitos se representan en la Tabla 3.


Tabla 3. Propiedades de materiales usados.

Material Densidad (kg/m3) Módulo de Young (Pa) Módulo de Poisson

Hueso 2000 1,7 E +10 0,3

Musculo 1600 2 E + 07 0,49

Grasa 900 2 E + 07 0,49

Piel 1020 4,5 E + 06 0,485

Sillín 1200 2,38 E + 09 0,399

2.3.8. Geometría en el modelo ANSYS®

La geometría que se implemento en el programa de simulación ANSYS®, se muestra en la Figura

19, de donde se puede evidenciar que el modelo tuvo que ser realizado por simetría debido a la

complejidad de la forma del sillín, además tuvo que ser omitida la estructura de la pelvis debido

también a su geometría tan compleja, esta simplificación permitió correr la simulación de una

manera más optima. El ensamble presentado en la Figura 19, fue realizado con el software

Autodesk Inventor®, como se mencionó anteriormente, para luego importarlo como un archivo

CAD al Design Modeler del software ANSYS® utilizando la herramienta “Import Geometry”.

Figura 19. Geometría del modelo de la simulación.


2.3.9. Regiones de contacto, restricciones de movimiento y aplicación de fuerzas

Para las regiones de contacto, se definieron todas las superficies que tienen contacto entre ellas.

Para los contactos de Musculo-Grasa y Grasa-Piel, ilustradas en las Figuras 20 y 21

respectivamente, fue necesario definir el contacto de tipo Bonded, debido a que estas capaz siempre

estarán en contacto entre sí, sin importar la interacción que estas reciban. Por el contrario, para las

superficies de contacto Piel-Sillín, ilustrado en la Figura 22, se definió de tipo Frictional, debido a

que estos dos contactos si interactúan constantemente dependiendo de la fuerza que se vaya

ejerciendo, se le estableció un valor de constante de fricción de 0,2. Esto debido a que si se suponía

un valor mayor la simulación entraba en problemas de convergencia.

Figura 20. Contacto Musculo-Grasa

Figura 21. Contacto Grasa-Piel

Figura 22. Contacto Piel-Sillín

Luego de establecer las regiones de contacto se procedió a la restricción y aplicación de fuerzas en

el sistema, que se ven representadas en las Figuras 23 a 25, como lo son las restricciones de

desplazamiento, la aplicación de la fuerza y la suposición de un soporte fijo para el sillín.


Figura 23. Restricción de desplazamiento

Figura 24. Aplicación de la fuerza

Figura 25. Soporte Fijo

En la Figura 23 se observa una restricción de desplazamiento a lo largo de las 3 capas de los glúteos,

para asegurar que en el momento de la aplicación de la fuerza los cuerpos no vayan a presentar

rotación ni un desplazamiento diferente al vertical, en este caso representado bajo el eje z. En la

Figura 24, se evidencia la aplicación de la fuerza sobre la cara superior de las 3 capas de tejidos,

orientada en el eje z negativo. Debido a que el modelo ya estaba establecido como una simulación

por simetría, se reduce la fuerza en un 50%, para así aplicar una carga máxima de 250N. Sin

embargo, ese nivel de carga nunca logró llegar a la convergencia, por lo que se optó por establecer

una carga máxima de 100N. Esta fuerza se aplicó por medio de la opción Tabular data, en donde

se dividió en 3 steps, para facilitar la convergencia de la simulación. Este procedimiento de steps

se explicará posteriormente en la sección 2.3.11. Finalmente se puede observar en la Figura 25, la

generación del soporte fijo, el cual se aplica en la cara inferior del sillín, igualmente se aplica en la

cara seccionada por el eje de simetría.

2.3.10. Enmallado

Para el enmallado del ensamble se requirió una división de cada elemento para así lograr establecer

un tamaño de malla especifico para cada uno. Para el caso de la capa del musculo, ilustrado en la

Figura 26, se estableció un body sizing de 4mm. Para la capa de la grasa, evidenciada en la Figura

27, se utilizó un valor de 3,5mm. Posteriormente para la capa de la piel, que se observa en la Figura


28, se definió el valor más pequeño debido a que esta capa era la que presentaba mayor

deformación, por lo que requería de un mayor refinamiento, este valor fue de 2mm. Finalmente,

para el sillín, ilustrado en la Figura 29, se estableció un body sizing de 3mm.

Figura 26. Enmallado en el Musculo

Figura 27. Enmallado en la Grasa

Figura 28. Enmallado en la Piel

Figura 29. Enmallado en el Sillín

Para los cuatro elementos se utilizó el método de enmallado Hex Dominant, esta malla es de tipo

no estructurada, lo cual significa que no tiene un patrón de conectividad predeterminado, esta

libertad de conectividad hace posible la discretización de cualquier dominio, por lo tanto, es la más

recomendada para una aplicación estructural. [16]

2.3.11. Tipo de análisis

Para lograr la aplicación de la fuerza gradualmente y además facilitar el análisis del software, se

seccionó la simulación en 3 steps. El primero consistió en aplicar una carga de 1N, adicionando un

tipo de análisis definido por tiempo de 1 segundo, en donde cada substep tenía un valor mínimo de

0,1 segundo y un máximo de 1 segundo, esto aseguraría una convergencia del sistema bajo esta

carga. Para el segundo step se aplicó una carga de 10N, también añadiendo el tipo de análisis

definido por tiempo de 1 segundo, en donde cada substep tenía un valor mínimo de 0,01 segundos


y uno máximo de 1 segundo, este substep es de un valor inferior debido a que así se asegura una

aplicación de la fuerza mas leve. Finalmente, para el tercer step se aplicó una carga de 100N,

también añadiendo el tipo de análisis definido por tiempo de 1 segundo, en donde cada substep

tenía un valor mínimo de 0,005 segundos y uno máximo de 1 segundo, al ser este ultimo step el de

mayor carga aplicada, se debía reducir el tiempo de cada substep para mejorar la convergencia.

Figura 30. Convergencia de la fuerza.

En la Figura 30, se puede observar la historia de vida de la simulación. En esta se representa cada

convergencia de los substep, adicionalmente se detalla en el momento en que se carga la nueva

fuerza aplicada. Con esta Figura 30, se evidencia que la simulación logró presentar convergencia

en todas las zonas, dándole veracidad y confianza a los resultados.

CAPITULO III: RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1. Distribución de esfuerzos sobre el sillín

Debido a que la simulación fue bastante compleja solo se pudo obtener una simulación con

resultados, sin embargo, al evidenciar la Figura 30, se puede decir que estos datos son de alta

confiabilidad ya que se obtuvo una convergencia en todos los puntos.

Al observar la Figura 31, se puede concluir que la zona que presenta el mayor esfuerzo es en el

punto de contacto con la piel, este punto verticalmente alineado con las tuberosidades isquiáticas

del ciclista, por lo que se puede afirmar que ese es el punto critico en la persona.


Figura 31. Esfuerzos sobre el sillín

Esta presión que ejerce la carga sobre el sillín tiene una respuesta positiva ya que como se observa

de una manera más detallada en la Figura 32, la reacción está distribuida uniformemente sobre el

ancho del sillín, teniendo como centro de distribución de carga el punto máximo de esfuerzo. Si

bien se puede detallar que debido a la contextura de la persona se podría reducir el ancho del sillín,

ya que como se observa de la zona mas alejada del eje de simetría hasta casi la mitad de la parte

media del sillín no presenta un esfuerzo significativo, también como se observa en la misma Figura,

los orificios que generan la estructura reticular del sillín, funcionan como espacios de alivio, sobre

el elemento y que se podrá comprobar si tiene el mismo resultado cuando se evalúe la distribución

de esfuerzos sobre la piel en la siguiente sección del documento.

Figura 32. Distribución de esfuerzos sobre el sillín

Adicionalmente para poder afirmar que el ancho del sillín se podría disminuir, se evalúa la

deformación que se presenta sobre el mismo, esta se ilustra en la Figura 33.


Figura 33. Deformación presentada sobre el sillín

Como se evidencia en esta figura aproximadamente a partir de la mitad del elemento se deforma

continuamente hasta llegar al borde más alejado del eje de simetría, reduciendo la rigidez del

cuerpo. Dejando como conclusión que si el ancho se redujera el sillín tendría una mayor rigidez

por ende una mejor distribución de esfuerzos.

3.2. Distribución de esfuerzos sobre la piel

Al observar los resultados que se ilustran en la Figura 34, que representa la distribución de

esfuerzos sobre la piel, se puede evidenciar que son mínimos en relación con los presentados sobre

el sillín, esto da como resultado que el daño que se ejerce sobre el cuerpo es reducido gracias la

disipación de las fuerzas del sillín. Esto da a entender que el sillín tiene un nivel de compatibilidad

muy alto para el ciclista evaluado.

Figura 34. Distribución de esfuerzos sobre la Piel


3.3. Determinación del material para el diseño del sillín

Para determinar el material para la impresión en 3D, se utilizó la base de datos de tercer nivel en

el software CES EDU PACK 2019, esta base de datos permite por medio de filtros seleccionar el

mejor material para la necesidad que se requiera. Para la búsqueda del material se redujo

únicamente a la busca de polímeros, ya que se el uso de cerámicos para un sillín no es acertado ya

que, por su característica frágil, no resistiría todos los impactos y vibraciones que se producen a lo

largo de una ruta en el ciclismo, también el área de los metales se omitió, ya que por su dureza no

son compatibles con una persona para pasar más de 3 o 4 horas recibiendo impactos y vibraciones.

En el caso de este proyecto, se buscó principalmente un material que fuera amigable con el

medioambiente y que el costo en el mercado colombiano no fuera muy elevado, para este filtro se

obtuvo la grafica presentada en la Figura 35.

Figura 35. Relación de los materiales reciclables vs. Precio

Posteriormente, se buscó añadir al filtro previamente realizado, un material que tuviera una buena

respuesta a la extrusión, ya que con la impresión 3D este proceso mecánico es el realizado,

utilizando en este caso en especifico dos boquillas, que tiene el material en forma de filamento y

se pasa por un reductor de área que a la vez calienta el material y por medio de los ejes coordenados

va añadiendo material por medio de adhesión.


Además de su capacidad de extrusión, se buscó su relación con un módulo de elasticidad o módulo

de Young que fuera superior a 1GPa, para asegurar que el sillín reduzca su posibilidad de ruptura,

esta relación se evidencia en la grafica presentada en la Figura 36.

Figura 36. Relación módulo de Young vs. capacidad de extrusión

Si se observan las dos gráficas, se puede evidenciar que ambas comparten 4 materiales que cumplen

con todas las características deseadas para la obtención del mejor material. Estos materiales son:

- PC (Policarbonato)

- TPU (Poliuretano termoplástico)

- PLA (Acido poliláctico)

- PE (Polietileno)

Al tener reducido todo el mundo de los polímeros a únicamente 4 tipos, se procedió a consultar los

materiales que tenía en su inventario la Universidad de Los Andes. Para finalmente optar por el

uso del TPU para la impresión del prototipo del sillín.


3.4. Fabricación del prototipo

Como consecuencia de estos resultados y al conocer que el sillín era compatible con el ciclista, se

procedió a aplicar el material seleccionado en la sección 3.3. en el CAD obteniendo el resultado de

las Figuras 37 y 38.

Figura 37. Vista ortogonal superior sillín CAD

Figura 38. Vista lateral superior sillín CAD

Así mismo se procedió a imprimir en 3D un modelo a escala del sillín al 40% de densidad utilizando

TPU. Para esta impresión se utiliza el programa CURA, en donde se establecen todas las

características deseadas para la impresión y el software genera un esquema, ver Figura 39, en donde

se ve el producto final esperado.

Figura 39. Esquema para imprimir en 3D


Obteniendo como resultado el prototipo que se ilustra en las Figuras 40 y 41.

Figura 40. Vista superior sillín impreso en 3D

Figura 41. Vista lateral sillín impreso en 3D

CAPITULO IV: CONCLUSIONES

4.1 Conclusiones

- Se desarrolló un modelo de simulación CAD en donde se puede obtener el diseño

personalizado de cualquier tipo de persona, únicamente modificando los parámetros

establecidos.

- Se encontró necesario que para la realización de simulaciones de tipos de estructuras

complejas la simplicidad de los objetos reduce las probabilidades de error en la simulación.

- La simplificación del ensamble a un elemento seccionado por un eje de simetría permitió

el estudio de una manera mas clara y con resultados verídicos que ayudan a la resolución

de los objetivos planteados.

- La herramienta de análisis de elementos finitos del software ANSYS® es útil para la

evaluación del sillín, sin la necesidad de manufacturar el producto, ahorrando costos y

tiempo.

- La elaboración de una malla altamente refinada en las zonas de mayor interacción entre los

contactos es de vital importancia para obtener una convergencia de la fuerza.

- A pesar de no lograr aplicar la fuerza en su totalidad, por falta de capacidad computacional,

se logra obtener un buen estudio de las interacciones entre el cuerpo y el sillín.

- La utilización de un computador con gran capacidad computacional para este tipo de

estructuras tan complejas es clave, ya que por la cantidad de elementos y nodos que se

generan, en un computador convencional alargan el tiempo de simulación.


- La librería de CES EDU PACK® genera una muy certera respuesta a la hora de la elección

de un material, bajo cualquier requerimiento.

De acuerdo con los puntos expuestos anteriormente se puede concluir que se siguió un correcto

hilo conductor para el desarrollo del proyecto, debido a que se fueron cumpliendo los objetivos

específicos para final mente cumplir con el objetivo general del mismo. El diseño del modelo CAD

es una gran herramienta para el estudio y análisis de cualquier elemento a diseñar, debido a que

con este se pueden observar los resultados esperados sin la necesidad de la manufactura de

prototipos, lo que implica reducción de tiempos y costos durante el desarrollo del proyecto. Se

considera que los resultados obtenidos representan una buena base para futuras prácticas, debido a

que estos están soportados tanto por pruebas realizados por softwares de elementos finitos como

por pruebas mecánicas.

CAPITULO V: TRABAJO FUTURO

5.1 Trabajo futuro

- Se recomienda la utilización de computadores con una gran capacidad en memoria RAM

para la realización de cualquier simulación de estructuras complejas

- Se recomienda trabajar en la incorporación de la pelvis en el modelo de simulación, para

una mejor respuesta en las afectaciones físicas que va a presentar el ciclista.

- Se recomienda la utilización de un software enfocado en la realización de enmallado para

reducir la memoria computacional que toma ANSYS® a la hora de realizar la simulación.

- Se recomienda para trabajos posteriores la realización de un análisis dinámico para ver el

comportamiento del sillín bajo distintos ambientes.

- Se recomienda realizar un análisis posterior de durabilidad o fatiga para garantizarle al

usuario un tiempo estimado de vida del producto.

Con estos puntos específicos, se sugeriría desarrollar una evaluación mecánica al prototipo final

manufacturado, siguiendo los mismos parámetros establecidos en el literal 2.3.3 del documento,

esto con el fin de realizar una comparación más idónea con un producto ya incursionado en el

mercado. A partir de esta comparación se podrían resolver posibles imperfecciones, para

finalmente lograr un producto que pueda llegar a competir en el mercado.


Referencias

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Analyzing Tire Pressure Influence.,» ASME, Boston, 2015.

[2] M. Morales, S. Roa y L. Muñoz, «Influence of Altitude on the Performance of a Bicycle-

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[3] S. Roa y L. Muñoz, «Optimization of the bicycle weave and wobble modes,» ASME,

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[4] S. Roa y L. Muñoz, «An experimental methodology for evaluating the energy cost and

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[5] A. Polanco, D. Suarez y L. Muñoz, «Effect of Body Posture on Comfort During Cycling,»

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[6] T. S. Santamaria, «Diseño, construcción y evaluación dinámica de un prototipo de rueda

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York: McGraw-Hill, 2011.

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[12] ClickPrinting, «La retícula en el diseño gráfico: Definición y usos,» 2015. [En línea].

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[13] O. M. Yaghi, M. O´Keeffe y e. al, «Reticular synthesis and the design,» Nsture, vol. 423,

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[14] Acoplásticos, «Plásticos en Colombia,» 2018-2019. [En línea]. Available:

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[15] Slicetex Electroncis, «Controlador PID para el PLC,» [En línea]. Available:

http://www.slicetex.com.ar/docs/an/an033/. [Último acceso: 4 Agosto 2020].

[16] A. D. Morcillo, «Métodos de mallado y algoritmos adaptativos en dos y tres dimendiones

para la resolución de problemas electromagneticos cerrados mediante el metodo de

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